借用地球磁场演绎探究理念

Ｕ　教材新探　６９　惜甩地球礅场在探究中获得知识，在探究中领悟方法，在探究　中培养价值观是新课标的三个目标，三者相互关联　又互相相长，在学习中如何更好地实现这一目标呢，　演绎攘究理念　■于海艳　本文就借用地磁场问题进行阐述。　一、引题生动有趣，激发学生的探知欲　兴趣是最好的老师，所以引题时要恰到好处，既　要考虑到知识的延续性，又要找到学生的兴奋点，两　者合拍方能涌出激情。例如梦溪笔谈中提到“常偏　东，微指南”，最早的提出了磁偏角，这一现象大家熟　知，那么，我们可以乘势引入问题一地球磁场的来　源？　例１．根据安培的分子电流假设，如果认为地球　的磁场是由于地球的自转引起的，而目前在地球上　并没有发现相对地球定向移动的电荷，那么由此推　断，地球应该（　）　Ａ．带负电　Ｂ．带正电　Ｃ．不带电　Ｄ．无法确定　解析：假使地球带正电，因地球自西向东转，故　形成自西向东的环形电流，由安培定则可得出地磁　场的方向与实际相反，从而可判断地球应带负电，选　项Ａ正确。　点评：关于地磁场的成因，迄今为止还没有定　论，一种学说认为地磁场主要是由于地球内部电磁　流体的运动产生的。到了２ｏ世纪５０年代，科学家　还提出了地磁场的“电磁感应学说”，认为当太阳强　烈活动影响地球而引起磁暴时，磁暴在外地核中感　应产生衰减时间较长的电流，此电流产生了地磁场。　连续的磁暴作用可维持地磁场。据此信息你能判断　外核中电流方向吗（垂直磁子午线由东向西）？　二、设问循序渐进。激发学生的探求欲　问题是思维的起点，也是思维的动力。好的设　问要善于揣摸学生的渴求心理；好的设问应具有培　养学生的创造性思维能力。所以设问要富有启发　性，激发学生积极思考，要面向全体学生，力争使每　一个学生都有提高。　例２．地磁场很弱，除了指南针指向南北的事实　外，人们几乎感觉不到地磁场的存在。学习了磁场　的有关知识后，某研究性学习小组进行了研究性实　验，如图２所示，在操场上，两同学相距为三，在东偏　北、西偏南１１。的沿垂直于地磁场方向的两个位置　上，面对面将一并联铜芯双绞线，像甩跳绳一样摇　动，并将线的两端分别接在灵敏电流计上。双绞线　并联后的电阻为　，绳摇动的频率配合节拍器的节　奏，保持频率厂不变。如果同学摇动绳子的最大圆　半径为＾，电流计的最大值为，。试估算地磁场的　磁感应强度数学表达式曰（用尺、，、　、ｆ、ｈ等已知量　表示）。　　。解析：导线切割地磁感线的有效速度为　＝　＝２７ｒ　图１　回路中的感应电动势Ｅ＝ＢＬｖ＝ＢＬ２７ｒ　北半球地磁场的竖直分量向下，在南半球地磁场的　竖直分量向上，地磁的南、北极跟地理的南、北极大　致相反。　思考：飞机在北半球上空匀速巡航，机翼保持水　平，飞行高度不变，由于地磁场的作用，金属机翼两　端有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势和右　方机翼末端处的电势谁的大？与飞行方向有关吗？　三、解读实际技术，培养学生的价值观　联系实际问题、学以致用是新课标中重要的方　向之一，在高考中体现的也非常到位。在解读实际　问题的过程中，学生独立思考、交流探讨、动手实验、　评估总结，甚至有误差分析等过程都在不同程度的　演绎着探究之旅，其过程是书面作业无法取代的。　例３．（地磁场与悬绳发电）１９９２年美国宇航局　的科学家曾在“阿特兰蒂斯”号航天飞机上进行了一　项卫星悬绳发电实验。航天飞机在赤道上空正常飞　行时从飞机上向下释放出一颗小卫星，携带一颗长　２０ｋｍ，电阻为８０ＯＱ的金属缆绳，缆绳的方向从航天　飞机指向地心，设航天飞机的飞行高度为３００ｋｍ，速　度为７．７ｋｍ／ｓ，地球半径为６４００ｋｍ，地磁场的强度为　３．５×１０～Ｔ。根据设计要求并测得金属缆绳中能产　生３Ａ的电流。然而该项实验由于缆绳断裂只取得　部分成功。试估算：　（１）缆绳提供的电压是多大？　（２）若按设计要求，航天飞机绕地球飞行一周可　获得的电能为多少？　解析：（１）由题述知，金属缆绳处在地磁场中而　切割磁感线，产生电压和获得电能，因此应以金属缆　绳为研究对象来研究它的电磁感应特征。　按题述所给信息，可把此复杂的实际问题简化　成一段直线导体在匀强磁场中匀速切割磁感线的发　电机模型。　由法拉第电磁感应定律知，缆绳产生的感应电　动势Ｅ＝　＝５３９０Ｖ　缆绳两端的电压即端电压Ｕ＝Ｅ—Ｉｒ＝２９９０Ｖ。　（２）根据能的转化和守恒定律，航天飞机绕行地　球一周所获得的电能即等于外电路的电功：　：ＵＩｔ：ＵＩ．　：４．９×１０７ｊ　（作者单位：河南省南乐一中）